CN102168967A - 光学仪器经纬仪托架及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种光学仪器经纬仪托架及其控制方法。该托架包括一个通过方位支点与一水平面相连的水平延展支臂，方位支点使水平延展支臂能相对于水平面围绕垂直方位轴旋转；一个通过内臂支点与水平延展支臂相连的垂直延展支臂，内臂支点使垂直延展支臂能相对于水平延展支臂围绕水平内臂轴旋转；以及一个使托架与光学仪器相连的仪器耦合装置，此装置包括一个使光学仪器能相对于垂直延展支臂围绕水平俯仰轴旋转的俯仰支点。该方法是通过内臂支点调节托架为朝内或朝外构造，从而调整光学仪器和方位轴的位置，使光学仪器绕俯仰轴旋转过程中，其光轴与托架的方位轴共面和/或使光学仪器相对托架的位置调节范围最大化。

Description

光学仪器经纬仪托架及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种光学仪器，特别涉及一种光学仪器经纬仪托架及其控制方法。

背景技术

望远镜及类似光学仪器可能是用一个可调托架来支撑，这种托架可以调节光学仪器的方位以便观测不同目标。其中一种流行的光学仪器托架是经纬仪托架，以下称为“alt-az托架”。图1A是现有技术经纬仪托架10的等距视图。图1B是经纬仪托架10支撑望远镜镜筒20的等距视图，这是现有望远镜系统15中的一种。图1C和图1D是托架10和望远镜系统15的示意图，用于解释其功能。

托架10通常包括一个垂直延长支臂12A和一个水平延长支臂12B。水平支臂12B通过方位支点16与水平面14相连。在望远镜系统15中，水平面14是由脚架14A或类似的水平系统提供的。脚架14A确保水平面14(及水平支臂12B)是水平方向的，垂直支臂12A是垂直方向的。当托架10通过此方式水平后，脚架14A和水平支臂12B的连接支点16使托架10可以绕被称为方位轴16A的垂直方向轴旋转。

托架10还包括一个将光学仪器(如望远镜)连接到垂直支臂12A上的仪器耦合装置19。仪器耦合装置19有各种各样的形式，其形式由将光学仪器20连接到垂直支臂12A上的装置特性而定。比如，耦合装置19可能包括用螺钉连接的装置、榫槽连接的装置、可变形(如咬合)的连接装置和/或类似装置。尽管有各种各样的连接装置，但是经纬光学仪器托架(如托架)10的仪器耦合装置19通常包括：一个或多外用来固定光学仪器20的元件17，和一个在元件17和垂直支臂12A边缘或表面之间的支点，此支点可以使元件17和光学仪器20围绕水平轴18A(被称为俯仰轴18A)转动。

因为经纬仪托架(如托架10)可以做到相对坚实以支撑大型望远镜镜筒(如Dobsonian望远镜镜筒)并且可以用相对较便宜的元件制作，因此它在望远镜系 统中很受欢迎。

望远镜20与俯仰轴18A和方位轴16A的方向与俯仰方位坐标或Alt-az坐标相对应。Alt-az坐标通常用俯仰(Alt)角度和方位(Az)角度来表示。Alt表示望远镜20与俯仰轴18A相对于水平线的角向，通常在-90°到90°之间。Alt＝90°的点(头顶正上方)被称为顶点。Az表示望远镜20与方位轴16A的角向，在0°～360°之间。通常。Az被选择用来表示真正的罗盘(相对于磁针罗盘)，指向地平线上的一点并且从北向东测量(如：北＝0°；东＝90°；南＝180°；西＝270°)。

采用Alt-az托架(如托架10)的望远镜体系的一个特点是地球上任何一个观测点都有它独特的Alt-az坐标系统。也就是，特定物体(如天体)的alt-az坐标取决于观测地点的位置。因此，望远镜用户不用alt-az坐标来说明天体的位置。

望远镜用户通常用天体坐标来描述天体的位置。天体坐标，也通常被称为“极坐标”或“赤道坐标”，基于一天球与地球同心且半径无穷大的设想。天体坐标用一个与观测地点无关的方式来描述天体在天球的角位置。

天体坐标用赤经(RA)时和赤纬(DEC)角度来表示。DEC是地球上的纬度在天球上的投影。DEC的范围为-90°到90°之间，0°是地球赤道的投影(被称为天赤道)。而+/-90°是地球自转轴(被称为天极)的投影。RA被定义为经线(通常被称为时圈)，与北天极和南天极相交。与地球的经线不一样，RA时圈是是定位于天球上的。

RA的单位是时、分和秒，范围为0小时到24小时，1小时＝15°。RA＝0小时为地球春分点的投影。RA自西向东递增直到回到24小时又是春分点的投影。

地球不停地围绕地球自转轴旋转。因此，即使天体坐标可以用一个与观测地点无关的方式来描述天体的位置，为了利用天体的天体坐标在望远镜视场中找到该天体还是需要知道地球表面上观测点的方位信息。方位信息包括许多能有效表明相对天体坐标体系的观测点的瞬间方位参数(随地球转动而移动)。方位信息一般指观测点的纬度和观测点的瞬间恒星时。不过，也有其他相类似的方位信息用于在望远镜视场中找到天体。

用于明确相对天体坐标体系的观测点瞬间方位的方位信息也可能用来建立天体坐标体系与观测点的当地Alt-az坐标体系之间的转换。这种转换可以将一个天体的天体坐标体系转换为当地Alt-az坐标体系，从而确定望远镜20必须围绕18A轴和Alt-az托架10围绕16A轴转动的瞬时俯仰角度和方位角度(Alt， Az)从而在望远镜20的视场中找到天体。

使用方位信息来建立天体坐标体系与Alt-az坐标体系间的转换很复杂繁琐，尤其是对于业余天文爱好者或不精通数学的望远镜用户来说。因此，望远镜系统的Alt-az托架(如托架10)被设计为：用户选择一个想要观测的标有天体坐标值的天体(或是输入想要观测的天体的天体坐标值)；获得(或者用户输入)望远镜系统的特定观测点的方位信息；使用方位信息将想要观测的天体坐标值转换为当地的Alt-az坐标值；然后自动设定Alt-az托架(或使望远镜围绕俯仰轴和方位轴旋转)带动望远镜转动到理想的Alt-az坐标。这些望远镜系统被称为“go-to”望远镜系统，因为他们自动计算出Alt-az坐标值并使望远镜“goto”与天体/天体坐标相对应的Alt-az坐标。

Go-to望远镜系统一般包括许多硬件和软件以实现go to功能。举一个非限定的例子，go-to望远镜系统由电子五金件(如用户界面元件，通信元件等等)，马达及相关马达控制硬件(如传动装置或其它将马达与俯仰支点和方位支点连接起来的驱动装置，俯仰支点和方位支点的位置感应器，驱动马达的扩大器和驱动电路等)，适当的程序处理硬件(如计算天体坐标和Alt-az坐标之间换算的处理器或控制go-to系统功能的处理器)。

通过望远镜观测到的天体看起来在天空中移动，这主要是由于地球自转所引起的。还有其它因素(如地球围绕太阳公转和天体本身的转动)使得它看起来在空中移动，但是这些因素在观测过程中影响很小。因而，找到想观测的天体后，望远镜的方位要不断地做出调整以使天体保持在望远镜的视场中。不断调整望远镜的方位使天体保持在望远镜的视场中被称为“tracking(追踪)”目标。

追踪在天空中移动的天体会很繁琐，尤其是对于业余望远镜用户来说。因此，一些go-to望远镜系统有alt-az托架(如托架10)有控制软件使其能自动追踪天体。这种望远镜系统被称为“(auto-tracking)自动追踪”望远镜系统。

再参阅图1A-1D，图1D中显示了现有技术的alt-az托架10的一个问题。对于长的光学仪器来说(如望远镜20)，望远镜20的镜身和水平支臂12B的物理作用限制了望远镜20围绕俯仰轴18A(在图1D中穿过页面的轴)旋转的范围。图1D中望远镜20的虚线说明了限制的范围，望远镜20绕俯仰轴18A朝一个角方向旋转太远到22A的位置时和朝另一个角方向旋转太远到22B位置时望远镜20的镜身会撞到水平支臂12B。

这除了会损坏望远镜20或托架10外，还会无法观测alt坐标大于上限(alt＞ alt_max|alt_max＞0°)或小于下限(的alt＜-alt_min|alt_min＞0°)的天体。这尤其会在用处理器控制马达自动设定望远镜20的方位却不知望远镜20的大小的go to望远镜系统和auto-tracking望远镜系统中出现问题，如果没有根据托架10上的望远镜20的大小设定正确的限定，那么望远镜方位的自动控制可能会对望远镜20造成损坏。

所以需要设计一种没有或扩大俯仰角调节限制范围的alt-az托架。

在一些应用中(如抓拍将许多照片连接起来或使用类似方法获得的全景照片)，需要调节光学仪器20相对于alt-az托架的垂直支臂12A的位置使仪器20的光轴20A在方位轴16A的平面中(即共面)。在图1C中，仪器20的光轴穿过图1C所在页面的面。在一些特定应用中，可能需要将光学仪器20相对于垂直支臂12A的位置调节到用虚线表示的位置20’处，这样无论光学仪器20绕俯仰轴如何旋转光轴20A’都与方位轴16A共面。

光学仪器20相对于垂直支臂12A的位置的调节可以通过调整仪器耦合装置19的结构和/或调节光学仪器相对于仪器耦合装置19的位置来完成。光学仪器20相对于垂直支臂12A的位置的可调节幅度受光学仪器20大小的限制，即因为仪器20与垂直支臂12A边缘或表面之间的互动，仪器20越大，可调节幅度越小。最终，对于已定的托架10和仪器耦合装置19，会因光学仪器20太大而无法使其光轴20A调到与方位轴16A共面的位置。

所以需要调整alt-az托架上的大型光学仪器，使其不管绕俯仰轴如何旋转其光轴与托架的方位轴共面和/或使光学仪器相对alt-az托架的位置调节范围最大化。

发明内容

本发明的目的在于提出一种光学仪器经纬仪托架及其控制方法，从而克服现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种光学仪器经纬仪托架，其特征在于，它包括：

一个通过方位支点与一水平面相连的水平延展支臂，其中，方位支点使水平延展支臂能相对于水平面围绕垂直方位轴旋转；

一个通过内臂支点与水平延展支臂相连的垂直延展支臂，其中，内臂支点使垂直延展支臂能相对于水平延展支臂围绕水平内臂轴旋转；

和一个使托架与光学仪器相连的仪器耦合装置，此装置包括一个使光学仪 器能相对于垂直延展支臂围绕水平俯仰轴旋转的俯仰支点；

其中垂直支臂中的内臂轴所处位置与垂直支臂的和仪器耦合装置相连的仪器面之间的距离b比其与垂直支臂另一面的距离a小。

具体而言，所述距离b和距离a是延俯仰轴的距离。

所述内臂支点使托架能够调节为朝内构造或朝外构造，朝内构造时光学仪器和方位轴在垂直支臂和内臂轴的同一侧，朝外构造时光学仪器和方位轴分别在垂直支臂和内臂轴的两侧。

所述内臂支点使托架能够调节为朝内构造或朝外构造，朝内构造时，光学仪器的中心与方位轴相离一段内距离(延俯仰轴测量)，而朝外构造时，光学仪器的中心与方位轴相离一段外距离，外距离比内距离要远。

所述托架是包含用来控制俯仰支点和方位支点的控制器的go-to托架，其中控制器配置为利用内俯仰轴限制(altmin_in，，altmax_in|altmin_in，＞0，altmax_in＞0)和外俯仰轴限制(altmin_out，，altmax_out|altmin_out，＞0，altmax_out＞0)，内俯仰轴限制是当托架是朝内结构时俯仰支点的可控移动角范围被限定在一个俯仰角范围(alt)-alt_{min_in，}≤alt≤alt_max in，外俯仰角限制是当托架是朝外结构时俯仰支点的可控移动角范围被限定在一个俯仰角范围-alt_{min_out}≤alt≤alt_max out，其中alt_{min_out}＞alt_{max_in}且alt_max out＞alt_{max_in}。

所述托架包含用于提供托架是朝内结构还是朝外结构的指示的内臂轴传感器，而控制器配置根据内臂轴传感器的指示自动决定托架是朝内结构还是朝外结构。

所述控制器配置为根据用户输入决定托架是朝内结构还是朝外结构。

所述托架是包含用来控制俯仰支点和方位支点的控制器的自动追踪托架，其中控制器配置为利用内俯仰轴限制(alt_{min_in，}，alt_{max_in}|alt_{min_in，}＞0，alt_{max_in}＞0)和外俯仰轴限制(alt_{min_out，}，alt_{max_out}|alt_{min_out，}＞0，alt_{max_out}＞0)，内俯仰轴限制是当托架是朝内结构时俯仰支点的可控移动角范围被限定在一个俯仰角范围(alt)-alt_{min_in，}≤alt≤alt_max in，外俯仰角限制是当托架是朝外结构时俯仰支点的可控移动角范围被限定在一个俯仰角范围-alt_{min_out}≤alt≤alt_max out，其中alt_{min_out}＞alt_{max_in}且alt_max out＞alt_{max_in}。

所述托架是包含用来控制俯仰支点和方位支点的控制器的go-to托架，其中控制器配置为利用内俯仰轴限制(alt_{min_in，}，alt_{max_in}|alt_{min_in，}＞0，alt_{max_in}＞0)，此限制是当托架是朝内结构时俯仰支点的可控移动角范围被限定在一个俯仰角范围(alt)-alt_{min_in，}≤alt≤alt_max in，及当托架当托架是朝内结构时允许俯仰 支点可控移动到一俯仰角。

所述托架包含用于提供托架是朝内结构还是朝外结构的指示的内臂轴传感器，且控制器配置根据内臂轴传感器的指示自动决定托架是朝内结构还是朝外结构。

所述控制器配置为根据用户通过用户界面或交流界面输入决定托架是朝内结构还是朝外结构。

所述托架是包含用来控制俯仰支点和方位支点的控制器的go-to托架，其中控制器配置为保持一个代表俯仰支点相对于俯仰轴的角向的俯仰坐标alt，控制器配置为当托架是朝内结构时，用一个极性保持俯仰坐标，而当托架是朝外结构时，用相反的极性保持俯仰坐标。

所述控制器配置为用相反极性保持俯仰坐标的方法包括使俯仰坐标变为负极坐标并且使俯仰支点朝一特定角向移动从而对俯仰坐标(alt)产生与当托架是朝内结构时相反的作用。

所述控制器配置为利用内俯仰轴限制(alt_{min_in，}，alt_{max_in}|alt_{min_in，}＞0，alt_{max_in}＞0)和外俯仰轴限制(alt_{min_out，}，alt_{max_out}|alt_{min_out，}＞0，alt_{max_out}＞0)，内俯仰轴限制是当托架是朝内结构时俯仰支点的可控移动角范围被限定在一个俯仰角范围(alt)-alt_{min_in，}≤alt≤alt_max in，外俯仰角限制是当托架是朝外结构时俯仰支点的可控移动角范围被限定在一个俯仰角范围-alt_{min_out}≤alt≤alt_max out，其中alt_{min_out}＞alt_{max_in}且alt_max out＞alt_{max_in}。

一种光学仪器经纬仪托架的控制方法，包括：

一个通过方位支点与一水平面相连的水平延展支臂，其中，方位支点使水平延展支臂能相对于水平面围绕垂直方位轴旋转；

一个通过内臂支点与水平延展支臂相连的垂直延展支臂，其中，内臂支点使垂直延展支臂能相对于水平延展支臂围绕水平内臂轴旋转；

和一个使托架与光学仪器相连的仪器耦合装置，此装置包括一个使光学仪器能相对于垂直延展支臂围绕水平俯仰轴旋转的俯仰支点。

其中，内臂支点使托架可以调节为朝内构造和朝外构造，朝内构造时光学仪器和方位轴在垂直支臂和内臂轴的同一侧，朝外构造时光学仪器和方位轴分别在垂直支臂和内臂轴的两侧；

当托架是朝内结构时对俯仰支点移动建立一个内俯仰轴限制(alt_{min_in，}，alt_{max_in}|alt_{min_in，}＞0，alt_{max_in}＞0)，这样当托架是朝内结构时俯仰角(alt)被限定为-alt_{min_in，}≤alt≤alt_max in；

当托架是朝外结构时对俯仰支点移动建立一个外俯仰轴限制(alt_{min_out，}，alt_{max_out}|alt_{min_out，}＞0，alt_{max_out}＞0)，这样当托架是朝内结构时俯仰角(alt)被限定为-alt_{min_out}≤alt≤alt_max out，；

然后决定托架是朝内结构还是朝外结构从而在内俯仰轴限制与外俯仰轴限制之间转换。

进一步的讲，决定托架是朝内结构还是朝外结构的方法包括由使用都输入托架是朝内还是朝外结构的指示来决定。

决定托架是朝内结构还是朝外结构的方法是自动决定的。

自动决定托架是朝内结构还是朝外结构包括侦测内臂轴传感器发出的信号。

一种光学仪器经纬仪托架，其特征在于，它包括：

一个通过方位支点与一水平面相连的水平延展支臂，其中，方位支点使水平延展支臂能相对于水平面围绕垂直方位轴旋转；

一个通过内臂支点与水平延展支臂相连的垂直延展支臂，其中，内臂支点使垂直延展支臂能相对于水平延展支臂围绕水平内臂轴旋转；

和一个使托架与光学仪器相连的仪器耦合装置，此装置包括一个使光学仪器能相对于垂直延展支臂围绕水平俯仰轴旋转的俯仰支点。

其中，内臂支点使托架可以调节为朝内构造和朝外构造，朝内构造时光学仪器和方位轴在垂直支臂和内臂轴的同一侧，朝外构造时光学仪器和方位轴分别在垂直支臂和内臂轴的两侧。且GO-TO托架包含一个用来控制俯仰支点和方位支点的控制器，其中控制器配置为利用内俯仰轴限制(alt_{min_in，}，alt_{max_in}|alt_{min_in，}＞0，alt_{max_in}＞0)和外俯仰轴限制(alt_{min_out，}，alt_{max_out}|alt_{min_out，}＞0，alt_{max_out}＞0)，内俯仰轴限制是当托架是朝内结构时俯仰支点的可控移动角范围被限定在一个俯仰角范围(alt)-alt_{min_in，}≤alt≤alt_max in，外俯仰角限制是当托架是朝外结构时俯仰支点的可控移动角范围被限定在一个俯仰角范围-alt_{min_out}≤alt≤alt_max out，其中alt_{min_out}＞alt_{max_in}且alt_max out＞alt_{max_in}。

一种光学仪器经纬仪托架的控制方法，其特征在于，该方法为：

假设支撑和控制光学仪器的经纬仪托架包括：一个通过方位支点与一水平面相连的水平延展支臂，其中，方位支点使水平延展支臂能相对于水平面围绕垂直方位轴旋转；一个通过内臂支点与水平延展支臂相连的垂直延展支臂，其中，内臂支点使垂直延展支臂能相对于水平延展支臂围绕水平内臂轴旋转；和一个使托架与光学仪器相连的仪器耦合装置，此装置包括一个使光学仪器能相 对于垂直延展支臂围绕水平俯仰轴旋转的俯仰支点。其中，内臂支点使托架可以调节为朝内构造和朝外构造，朝内构造时光学仪器和方位轴在垂直支臂和内臂轴的同一侧，朝外构造时光学仪器和方位轴分别在垂直支臂和内臂轴的两侧。当托架是朝内结构时，用一个极性保持代表俯仰支点相对于俯仰轴的角向的俯仰坐标，而当托架是朝外结构时，用相反的极性保持俯仰坐标。并且决定托架是朝内结构还是朝外结构从而调整俯仰坐标(alt)。

用相反极性保持俯仰坐标的方法包括使俯仰坐标变为负极坐标并且使俯仰支点朝一特定角向移动从而对俯仰坐标alt产生与当托架是朝内结构时相反的作用。

附图说明

所有附图都是本发明的非限制性实施方案。

图1A现有技术alt-az托架的等距视图；

图1B是图1A中alt-az托架用于支撑望远镜镜筒而形成的现有技术望远镜系统一部分的等距视图；

图1C和图1D分别是图1A中托架和图1B中望远镜系统的剖视图；

图2A至图2C(总称为图2)分别是alt-az托架支撑第一种光学仪器的正视图，侧视图和俯视图；

图3A至图3C(总称为图3)分别是alt-az托架支撑第二种光学仪器的正视图，侧视图和俯视图；

图4A和图4B(总称为图4)分别是图2中alt-az托架垂直支臂朝内支撑光学仪器和垂直支臂朝外支撑光学仪器的剖视图；

图5是另一张图2中alt-az托架垂直支臂朝内支撑光学仪器的剖视图；

图6是本发明具体实施方式中alt-az托架操作系统的流程示意图；

图7是本发明具体实施方式中控制go-to和/或自动追踪托架方法的流程示意图；

图8是本发明具体实施方式中控制go-to和/或自动追踪托架方法的另一流程示意图。

具体实施方式

通过以下描述，所阐述的具体细节是为了对本发明更深入的了解。但是，本发明在实施过程中可能没有这些特性。相反，为避免对本发明难以理解，一些众所周知的原理在此没有说明或详细描述。相应的，规格和附图都是用以解说而非限定的。

一种alt-az托架支撑和确定光学仪器方向的实施方案，其一般包括：一个通过方位支点与一水平面相连的水平方向延展的支臂，此方位支点使水平方向延展的支臂相对于水平面围绕垂直的方位轴做枢纽转动；一个通过内臂支点与水平延展支臂相连的垂直延展的支臂，此内臂支点使垂直延展的支臂相对于水平延展支臂围绕垂直内臂轴做枢纽转动；一个将托架与光学仪器相连的仪器耦合装置，仪器耦合装置包括一个使光学仪器相对于垂直延展支臂围绕水平俯仰轴做枢纽转动的俯仰支点。内臂支点使托架可以调节为朝内构造和朝外构造，朝内构造时光学仪器和方位轴在垂直支臂和内臂轴的同一侧，朝外构造时光学仪器和方位轴分别在垂直支臂和内臂轴的两侧。内臂支点使托架可以调节为朝内构造和朝外构造，朝内构造时，光学仪器的中心与方位轴相离一段内距离，而朝外构造时，光学仪器的中心与方位轴相离一段外距离，外距离比内距离要远—即朝内构造时，光学仪器的中心离方位轴相对近一些，朝外构造时，光学仪器的中心离方位轴相对远一些。

在一些实施方案中，在垂直方向支臂内延展的内臂轴离垂直方向支臂与仪器耦合装置相连的仪器边(即垂直方向支臂的仪器耦合装置与光学仪器相连那边)比较近，离垂直方向支臂的另一相反的边(垂直方向支臂与仪器耦合装置和支撑的光学仪器相反的那边)比较远。在一些实施方案中，在垂直方向支臂内延展的内臂轴离与垂直方向支臂的仪器边相连的仪器边缘比较近，离与垂直方向支臂另一相反边相连的另一边缘比较远。仪器边和另一相反边和/或仪器边缘和另一相反边缘可以通过托架俯仰轴来定义。

一种为控制包含一个alt-az托架的光学仪器系统提供一个方法的实施方案。此方法包括：支撑和控制包含一个通过方位支点与一水平面相连的水平延展的支臂、一个通过内臂支点与水平延展支臂相连的垂直延展支臂和一个使托架与光学仪器相连的仪器耦合装置的alt-az托架。其中，方位支点使水平延展支臂相对于水平面围绕垂直方位轴旋转；内臂支点使垂直延展支臂相对于水平延展支臂围绕垂直内臂轴旋转；仪器耦合装置包括一个使光学仪器相对于垂直延展支臂围绕水平俯仰轴旋转的俯仰支点。内臂支点使托架可以调节为朝内构造和朝外构造，朝内构造时光学仪器和方位轴在垂直支臂和内臂轴的同一侧，朝外构造时光学仪器和方位轴分别在垂直支臂和内臂轴相反的一边。此方法也包括建立当托架是朝内结构时俯仰支点上围绕内俯仰轴移动的限制(alt_{min_in，}，alt_{max_in}|alt_{min_in，}＞0，alt_{max_in}＞0)，所以当托架是朝内结构时，俯仰角被限定在-alt_{min_in，}≤alt≤alt_max in范围；当托架是朝外结构时俯仰支点上围绕外俯仰轴移 动的限制(alt_{min_out，}，alt_{max_out}|alt_{min_out，}＞0，alt_{max_out}＞0)，所以当托架是朝外结构时，俯仰角被限定在-alt_{min_out}≤alt≤alt_max out范围，其中alt_{min_out}＞alt_{max_in}且alt_max out＞alt_{max_in}；并决定托架是朝内结构或朝外结构从而在第一个限制和第二个限制之间切换。

决定托架是朝内结构或朝外结构可能是用户输入朝内或朝外的指示或者是自动检查朝内还是朝外。自动检测朝内或朝外可能是检测一个转换器、一个或多个传感器，一个或多个检测器或类似仪器所发出的信号。在一些实施案例中，当托架是朝外结构时，外俯仰轴限制(alt_{min_out，}，alt_{max_out}|alt_{min_out，}＞0，alt_{max_out}＞0)可能包括俯仰角全部可能的范围，也就是当托架是朝外结构时，俯仰角没有有效的限制。

另一种为控制包含一个alt-az托架的光学仪器系统提供一个方法的实施方案。此方法包括：支撑和控制包含一个通过方位支点与一水平面相连的水平延展的支臂、一个通过内臂支点与水平延展支臂相连的垂直延展支臂和一个使托架与光学仪器相连的仪器耦合装置的alt-az托架。其中，方位支点使水平延展支臂相对于水平面围绕垂直方位轴旋转；内臂支点使垂直延展支臂相对于水平延展支臂围绕垂直内臂轴旋转；仪器耦合装置包括一个使光学仪器相对于垂直延展支臂围绕水平俯仰轴旋转的俯仰支点。内臂支点使托架可以调节为朝内构造和朝外构造，朝内构造时光学仪器和方位轴在垂直支臂和内臂轴的同一侧，朝外构造时光学仪器和方位轴分别在垂直支臂和内臂轴相反的一边。此方法也包括：在当托架是朝内结构时，与第一个极性保持代表俯仰支点相对于俯仰轴角向的俯仰坐标(alt)；在当托架是朝外结构时，与第二个相反的极性保持俯仰坐标(alt)；并决定托架是朝内结构或朝外结构从而在第一个限制和第二个限制之间切换。

与第二个相反的极性保持俯仰坐标(alt)可能需要将俯仰轴变成负的并认为俯仰支点上的移动朝一个特定的角度方向从而对俯仰坐标(alt)产生一个与托架朝内结构时相反的作用。这些方法可能通过一个适当的程序处理器来实现。

图2至图5是alt-az托架110根据一种特定实施案例支撑光学仪器系统115A，115B，115C和115D(统称为光学仪器系统115)中的各种光学仪器120A、120B、120C和120D(统称为光学仪器120)的示意图。如以下的详细解释，托架110可在朝内结构(图2，图4A和图5)和朝外结构(图3和图4B)之间转换，朝内结构即光学仪器120A，120C和120D与方位轴116A在垂直延展支臂112A的同一侧；朝外结构即光学仪器120B和120C与方位轴116A分别在垂直延展支 臂112A的两侧。换言之，托架110可以在光学仪器120A，120C和120D的中心(沿俯仰轴118A测量)与方位轴116A相距一个内距的朝内结构(图2，图4A和图5)和光学仪器120B和120C的中心与方位轴116A相距一个外距的朝外结构(图3和图4B)之间转换，其中外距大于内距。托架110的朝外结构使光学仪器120围绕俯仰轴118A旋转的范围更大。

如以下的详细解释，垂直延展支臂112A与水平延展支臂112B通过内臂支点140相连，内臂支点140使垂直延展支臂112A相对于水平延展支臂112B围绕垂直内臂轴140A旋转。内臂轴140A可能在垂直支臂112A内离垂直支臂112A与仪器耦合装置119相连的面121(即：垂直支臂112A上仪器耦合装置119与光学仪器120相连的121面)相对较近、离垂直支臂112A的另一面122(即：垂直支臂112A上与器耦合装置119和光学仪器120相反的面)相对较远的位置延展。

如图2-5，托架110通常包括一个垂直支臂112A和一个水平支臂112B。水平支臂112B通过方位支点116与水平面114相连。在所示实施案例的光学仪器系统115中，水平面114是由脚架114A或相类似水平系统来实现。在所示图中只展示了脚架114A的一部分。脚架114A确保水平面114(相应地确保水平展支臂112B)是的水平及垂直支臂112A的垂直。得益于所属领域的技术人员，有许多系统和装置能提供水平面114。许多发明的实施案例中的托架可以与任何提供水平面114的适当的系统或装置一起使用。当与水平面114相连时，在水平面114和水平支臂112B之间的方位支点116使托架能对于水平面114围绕垂直方位轴116A旋转。

托架110还包括一个使光学仪器120与垂直支臂112A的121面相连的仪器耦合装置119。所示实施案例中的仪器耦合装置119包括：一个或多个与光学仪器120固定相连的(即随光学仪器120移动而移动)仪器啮合元件117，一个使仪器啮合元件117与垂直支臂的121面(和/或121面的边缘或表面)相连的俯仰支点118。俯仰支点118使仪器啮合元件117与光学仪器120能对于垂直支臂112A围绕水平方向的俯仰轴118A旋转。

仪器耦合装置119上的仪器啮合元件117有各种各样的形式，其形式由与光学仪器120相连的装置特性而定。在图2和图5所示的实施案例中的光学仪器120A和120D是相机，仪器耦合装置119A和119D包括连接并支撑光学仪器120A和120D底部的“L型”仪器啮合元件117A和117D。在图3和图所示的实施案例中，光学仪器120B和120C是望远镜镜筒，光学仪器装置119B和119C 包括与望远镜镜身相连的轴向延长“条型”仪器啮合元件117B和117C。仪器啮合元件117可以运用于各种各样的技术中来连接光学仪器120。举一个非限定的例子，此技术可能包括用螺钉连接的装置、榫槽连接的装置、可变形(如咬合)连接的装置和/或类似装置。

与现有技术托架10相比，托架110包括一个使垂直支臂112A与水平支臂112B相连的内臂支点140。内臂支点140使垂直支臂112A能相对于水平支臂112B围绕内臂轴140A旋转。通过垂直延展支臂112A相对于水平延展支臂112B围绕内臂轴(参见箭头120)旋转，托架110的结构可以在朝内结构(如图2，图4A和图5)和朝外结构(如图3和图4B)之间转换，朝内结构时光学仪器120A，120C，120D和方位轴116A在垂直延展支臂112A的同一侧；朝外结构时光学仪器120B和120C与方位轴116A分别位于垂直延展支臂112A的两侧。换言之，托架110可以在光学仪器120A，120C和120D的中心(沿俯仰轴118A测量)与方位轴116A相距一个内距的朝内结构(图2，图4A和图5)和光学仪器120B和120C的中心与方位轴116A相距一个外距的朝外结构(图3和图4B)之间转换，其中外距大于内距。

托架110是朝外结构时(如图3和图4B)，光学仪器120围绕俯仰轴118A旋转的范围更大。更具体地，在所示实施案例中当调节内臂支点140使托架110是朝外结构时，架在仪器耦合装置119上的光学仪器120可以随意围绕俯仰轴旋转，不会碰到水平延展支臂112B。在所示实施案例中当调节内臂支点140使托架110是朝外结构时，俯仰支点118可以360度旋转，不用担心光学仪器120会碰到水平延展支臂112B。

托架110可以是一个go-to托架和/或一个自动追踪托架并可能包括各种各样适当的硬件和软件(这里没有明确指出)以实现go-to和/或自动追踪功能。举一个非限定的例子，go-to望远镜系统可能包括电子硬件(如用户界面元件、通信元件等)，马达和相关马达控制硬件(如传动装置或其它使马达与俯仰支点118和方位支点116有效相连的驱动器、俯仰支点118和方位支点116的位置传感器、驱动马达的放大器和驱动电路等)，相配的程序处理器(如用于天体坐标和alt-az坐标之间的转换计算的处理器及控制go-to和/或自动追踪系统功能的处理器)。

除了所有传统go-to和自动追踪仪器托架的已知硬件和软件外，托架110还包括操作内臂支点140的硬件和软件。比如，在一些实施案例中，托架110包括自动操作内臂支点140的硬件和软件。举一个非限定的例子，此类硬件和 软件可能包括一个或多个马达和相关马达控制硬件用于控制内臂支点140(与如上所述俯仰支点118和方位支点116的马达和相关马达控制硬件相类似)，控制内臂支点140和控制托架110基于内臂支点140的其它部位的程序处理器及程序处理软件。

图6是alt-az托架110具有go-to和自动追踪功能的操作系统200在一特定实施案例中的方框示意图。图6中所示的操作系统200是本质上的示意，一些元件没有标明。考虑到在此显示的元件仍然是公开的，此领域的技术人员能理解这些没有标明的元件。操作系统200可能通过控制器210来控制和/或实现。控制器210可能包括一个或多个相配的程序数据处理器，一台或多台个人计算机上运行的软件，相配的可编程逻辑阵列或类似的东西。控制器210可操作控制软件244，在所示实施案例中，软件244包括自动追踪控制软件246和go-to控制软件248。希望自动追踪控制软件246和go-to控制软件248的示意描述在本质不一样只是概念上的，自动追踪控制软件246和go-to控制软件248可能部分地或整个地用相同代码来实现。控制器210可能包括或可以使用存储器(没有明确说明)用来存储控制软件244、其它有用的软件(如通信软件，用户界面软件等)及有用的数据(如天体数据库和相应天体坐标等)。

控制器210可能可以通过用户界面240和/或通信界面242与用户和/或其它外界系统(如电脑，网络等)交流。此交流可能是有线的或无线的。用户界面240可能作为一个图解用户界面240实现，包括一个输出显示和一个或多个用户输入端。通信界面242最好根据一个或多个标准通信协议实现。

操作系统200包括一个或多个提供俯仰支点118的俯仰轴的指示信号212A的俯仰轴传感器212。在一特定实施案例中，俯仰轴传感器212可能通过使用一个如在此引用而包括的专利号7228253中所述的双解码系统。操作系统200还包括一个或多个俯仰马达和相应俯仰马达控制硬件214。当控制器210执行控制软件244时，它接收来自俯仰轴传感器212的信号212A，此信号显示了俯仰支点118的当前俯仰坐标，并发出相应的信号214A到俯仰马达和马达控制硬件214从而调节俯仰轴118。

操作系统200包括一个或多个方位轴传感器222和一个或多个方位马达及相应的方位马达控制硬件224。方位轴传感器222、方位马达和方位马达控制硬件224跟俯仰轴传感器212、俯仰马达及俯仰马达控制硬件214类似，只是方位轴传感器发出的信号222A是方位轴116的方位坐标信号，控制器210发出相应的信号224A到方位马达和马达控制硬件224从而调节方位轴116。

在图片所示实施方案中，操作系统200还包括一个或多个可选的内臂轴传感器232和一人或多个可选的内臂轴马达及相应内臂轴马达控制硬件234。内臂轴传感器232和内臂轴马达及相应内臂轴马达控制硬件234都是可选的(用虚框表示)，它们可能独立地包括或不包括在系统200中。一般来说，内臂轴传感器232发出内臂支点140的角向(也就是垂直延展112A与内臂轴140A的角向)信号232A。在一些实施方案中，内臂轴传感器232可能包括一个或多个表示内臂支点140准确角向的解码器。这些解码器可能是一个如US专利号7228253中所述的双解码。而在另一些实施方案中，内臂轴传感器232可能包括一个输出指示托架110是朝内或朝外结构信号232A的自动启动开关。在另一些实施方案中，不需要内臂轴传感器232，用户可能通过界面240或专门输入(没有图示)指示托架110是朝内或朝外结构。

控制器210可能通过使用内臂支点140使用提供给内臂轴马达和马达控制硬件234的信号234A控制内臂支点140的角向。在一些实施安全中，内臂支点控制信号234A可能对用户通过界面240和或交流界面242的输入作出响应。在另一些实施方案中，不需要内臂轴马达和马达控制硬件234，用户可能手动移动内臂轴140A上的内臂支点140(即相对于水平延展支臂112B手动移动垂直延展支臂112A)。

在一些实施案例中，托架110是go-to托架和或自动追踪托架，控制器可能利用内俯仰轴限制(alt_{min_in，}，alt_{max_in}|alt_{min_in，}＞0，alt_{max_in}＞0)和外俯仰轴限制(alt_{min_out，}，alt_{max_out}|alt_{min_out，}＞0，alt_{max_out}＞0)，内俯仰轴限制是当110托架是朝内结构时俯仰支点118的角范围被限定在一个俯仰角范围(alt)-alt_{min_in，}≤alt≤alt_max in，外俯仰角限制是当托架是朝外结构时俯仰支点118的角范围被限定在一个俯仰角范围-alt_{min_ out}≤alt≤alt_max out。如这前面所说，当托架110是朝外结构时，光学仪器120相对于俯仰轴118A旋转的范围更大，即alt_{min_out}＞alt_{max_in}且alt_max out＞alt_{max_in}。在一些实施案例中，当托架是朝外结构时，外俯仰轴限制范围(alt_{min_out，}，alt_{max_out})可能是俯仰角度全范围，即当托架是朝外结构时，俯仰角没有有效限制。

在一些实施案例中，内俯仰轴限制(alt_{min_in，}，alt_{max_in})和或外俯仰轴限制(alt_{min_out，}，alt_{max_out})可能是用户可配置的。例如，用户可能通过用户界面240和或交流界面向控制器210输入内俯仰轴限制(alt_{min_in，}，alt_{max_in})和或外俯仰轴限制(alt_{min_out，}，alt_{max_out})。在一些实施案例中，俯仰轴限制(alt_{min_in，}，alt_{max_in})和或外俯仰轴限制(alt_{min_out，}，alt_{max_out})可能是控制器210预先设置好的。在一 些实施案例中，内俯仰轴限制(alt_{min_in，}，alt_{max_in})和或外俯仰轴限制(alt_{min_out，}，alt_{max_out})可能是由一校准程序来决定的，此校准程序可能包括决定托架110支撑的光学设备120何时会碰到水平延展支臂112B。

在一些实施案例中，托架110可能配置为自动侦测或非自动侦测决定(如通过用户输入)托架是朝内结构或朝外结构并相应地在内俯仰轴限制和外俯仰轴限制之间切换。在一些特定实施案例中，托架110可能包含启动的或没有启动的内臂传感器232(一个开关或其它传感器或侦测器)向控制器210提供托架是朝内或朝外结构的指示(信号232A)。举一个非限定的例子，内臂传感器232作为一个机械或光学开关来执行，当按下或启动开关时，通过信号232A指示控制器210托架110是朝内结构的，而当不按或启动开关时，通过信号232A指示控制器210托架110是朝外结构的。在一些实施案例中，用户可能通过用户界面240和或交流界面242指示控制器210托架是朝内结构还是朝外结构。

图7是根据此发明的特定实施案例展示的方法300。方法300可能通过托架110的操作系统200的控制器210执行。在所展示的实施案例中，方法300从方框310开始，310是获取托架110是朝内结构或朝外结构的信息指示。如前面所讨论的，方框310的结构信息可以由控制器210自动决定(即来自适当内支臂轴开关，传感器或侦测器232的指示)或由用户通过用户界面240和或交流界面242输入。然后方法300进入到根据方框310结构信息询问托架是否是朝内结构的方框312。如果方框312的询问答案是肯定的(即托架110是朝内结构的)，那么方法300进入到方框316，在返回到方框310之前控制器210采用内俯仰轴限制(alt_{min_in，}，alt_{max_in})来执行控制软件244。如果方框312的询问答案是否定的(即托架110是朝外结构的)，那么方法300进入到方框314，在返回到方框310之前控制器210采用外俯仰轴限制(alt_{min_out，}，alt_{max_out})来执行控制软件244。

在一些实施案例中(即托架110是go-to托架和或自动追踪托架)，控制器210可能利用代表光学仪器120(或俯仰支点118)相对于俯仰轴118A的方向的俯仰坐标(alt)。这种俯仰坐标可能是内坐标(即控制器210使用的、不为用户所知的)和或向用户展示或用户已知的。在一些实施案例中，控制器210配置为根据托架110是朝内结构还是朝外结构从而转换俯仰坐标的极性。这种极性转换涉及获得相反的俯仰坐标(即俯仰坐标*-1，或是将正极性俯仰坐标变为负的，负极性俯仰坐标变为正的)，还涉及使俯仰支点118的移动对俯仰坐标产生相反的作用(即当托架110是朝内结构时，理解到俯仰支点118朝某一特定角 向的移动从而使俯仰坐标增大，而当托架110是朝外结构时，理解到俯仰支点118朝某一特定角向的移动从而使俯仰坐标减小，了解到俯仰支点118朝相反角向移动时，效果相反)。理解到俯仰支点118朝某一特定角向的移动涉及控制器用另一种方式(即负或相反的方向)理解信号212从而对托架110是朝内结构还是朝外结构做出反应。

图8是根据此发明的特定实施案例展示的方法400。方法400可能通过托架110的操作系统200的控制器210执行。方法400的方框410和方框412大体上和上面描述的方法300的方框310和方框312类似。如果方框412的询问答案是肯定的(即托架110是朝内结构时)，方法400进入到方框416，在返回到方框410之前控制器210采用俯仰坐标的内极性。如果方框412的询问答案是否定的(即托架110是朝外结构时)，方法400进入到方框414，在返回到方框410之前控制器210采用俯仰坐标的外极性。

图5对托架110的另一方面进行了最好的展示，其假设内臂轴140A位于垂直支臂112A内离垂直支臂112A的仪器面(即垂直支臂112A的仪器耦合装置119和光学仪器120相连的121面)较近而离另一面122较远的地方(即垂直支臂112A的仪器耦合装置119和光学仪器120相连的相反面122)。在一些实施案例中，内臂轴140A在垂直支臂112A内离与垂直支臂112A的仪器面121相连的仪器边较近而离与垂直支臂112A另一面122相连的另一边较远的地方。仪器面121和另一面122和或仪器边和另一边是沿着托加110的俯仰轴118A来定义的。

在图5所展示的实施案例中，内臂轴140A和垂直支臂112A的仪器面121之间的距离是沿着俯仰轴118A测量的，表示为b，内臂轴140A和垂直支臂112A的另一面122之间的距离是沿着俯仰轴118A测量的，表示为a。如图5中所示，a＞b。这样，若垂直支臂112A给定一个尺寸(这对于机构和或与托架110相连的电子件来说是需要的)，内臂轴140A相对于垂直支臂112A的121面和122面的不对称(即a＞b)比内臂轴140A相对于面121面和122面的对称(即a＝b)使光学仪器120D在114A和114B方向上的移动(相对于垂直支臂)范围更大。从图5中可看出，光学仪器120D在114A方向上的移动范围受光学仪器120D的宽度限制。相应的，越大的光学仪器120D在114A方向上的移动范围提供越大的移动范围来校准光学仪器120D的光轴146使其相对于俯仰支点118的任何方向与方位轴116A共面，也就是在托架110上，能使更大的光学仪器120D的光轴146相对于俯仰支点118的任何方向与方位轴116A共面。

前面描述了许多典型方面和实施案例，所属领域的技术人员会认出其修改、 排列、增加和组合。例如：

有各种各样此项技术中已知和将被知的支点和类似耦合点。不管他们特殊结构如何，此发明的许多实施案例中可能包含一些适当的支点和类似耦合点。尤其是方位支点116一般都包含一个这样的支点或适当的耦合点使托架110相对于水平面114可绕方位轴116A转动，俯仰支点118一般都包含一个这样的支点或适当的耦合点使光学仪器120相对于垂直支臂112A可绕俯仰轴118A转动，内臂支点140一般都包含一个这样的支点或适当的耦合点使垂直支臂112A相对于水平支臂112B可绕内臂轴140A转动。这里的支点是指为元件之间提供中枢耦合。使用“之间”一词是为了理解为在运行过种中(如指两个支轴元件的相对转动)，支点不应被狭义地理解为两个支轴元件间的点。如，某支点的部分可能延伸到一个或两个支轴元件里或穿过一个或两个支轴元件。

前面描述了许多典型方面和实施案例，所属领域的技术人员会认出其修改、排列、增加和组合。因此后面附加权利要求及以下介绍的权利要求包括其精神和范围内所有修改、排列、增加和组合。

Claims (21)

1.一种光学仪器经纬仪托架，其特征在于，它包括：

一个通过方位支点与一水平面相连的水平延展支臂，其中，方位支点使水平延展支臂能相对于水平面围绕垂直方位轴旋转；

一个通过内臂支点与水平延展支臂相连的垂直延展支臂，其中，内臂支点使垂直延展支臂能相对于水平延展支臂围绕水平内臂轴旋转；

和一个使托架与光学仪器相连的仪器耦合装置，此装置包括一个使光学仪器能相对于垂直延展支臂围绕水平俯仰轴旋转的俯仰支点；

其中垂直支臂中的内臂轴所处位置与垂直支臂的和仪器耦合装置相连的仪器面之间的距离b比其与垂直支臂另一面的距离a小。

2.根据权利要求1所述的光学仪器经纬仪托架，其特征在于：所述距离b和距离a是延俯仰轴的距离。

3.根据权利要求1所述的光学仪器经纬仪托架，其特征在于：所述内臂支点使托架能够调节为朝内构造或朝外构造，朝内构造时光学仪器和方位轴在垂直支臂和内臂轴的同一侧，朝外构造时光学仪器和方位轴分别在垂直支臂和内臂轴的两侧。

4.根据权利要求1所述的光学仪器经纬仪托架，其特征在于：所述内臂支点使托架能够调节为朝内构造或朝外构造，朝内构造时，光学仪器的中心与方位轴相离一段内距离(延俯仰轴测量)，而朝外构造时，光学仪器的中心与方位轴相离一段外距离，外距离比内距离要远。

5.根据权利要求3所述的光学仪器经纬仪托架，其特征在于：所述托架是包含用来控制俯仰支点和方位支点的控制器的go-to托架，其中控制器配置为利用内俯仰轴限制(altmin_in，，altmax_in|altmin_in，＞0，altmax_in＞0)和外俯仰轴限制(altmin_out，，altmax_out|altmin_out，＞0，altmax_out＞0)，内俯仰轴限制是当托架是朝内结构时俯仰支点的可控移动角范围被限定在一个俯仰角范围(alt)-alt_{min_in，}≤alt≤alt_max in，外俯仰角限制是当托架是朝外结构时俯仰支点的可控移动角范围被限定在一个俯仰角范围-alt_{min_out}≤alt≤alt_max out，其中alt_{min_out}＞alt_{max_in}且alt_max out＞alt_{max_in}。

6.根据权利要求5所述的光学仪器经纬仪托架，其特征在于：所述托架包含用于提供托架是朝内结构还是朝外结构的指示的内臂轴传感器，而控制器配置根据内臂轴传感器的指示自动决定托架是朝内结构还是朝外结构。

7.根据权利要求4所述的光学仪器经纬仪托架，其特征在于：所述控制器配置为根据用户输入决定托架是朝内结构还是朝外结构。

8.根据权利要求3所述的光学仪器经纬仪托架，其特征在于：所述托架是包含用来控制俯仰支点和方位支点的控制器的自动追踪托架，其中控制器配置为利用内俯仰轴限制(alt_{min_in，}，alt_{max_in}|alt_{min_in，}＞0，alt_{max_in}＞0)和外俯仰轴限制(alt_{min_out，}，alt_{max_out}|alt_{min_out，}＞0，alt_{max_out}＞0)，内俯仰轴限制是当托架是朝内结构时俯仰支点的可控移动角范围被限定在一个俯仰角范围(alt)-alt_{min_in，}≤alt≤alt_max in，外俯仰角限制是当托架是朝外结构时俯仰支点的可控移动角范围被限定在一个俯仰角范围-alt_{min_out}≤alt≤alt_max out，其中alt_{min_out}＞alt_{max_in}且alt_max out＞alt_{max_in}。

9.根据权利要求3所述的光学仪器经纬仪托架，其特征在于：所述托架是包含用来控制俯仰支点和方位支点的控制器的go-to托架，其中控制器配置为利用内俯仰轴限制(alt_{min_in，}，alt_{max_in}|alt_{min_in，}＞0，alt_{max_in}＞0)，此限制是当托架是朝内结构时俯仰支点的可控移动角范围被限定在一个俯仰角范围(alt)-alt_{min_in，}≤alt≤alt_max in，及当托架当托架是朝内结构时允许俯仰支点可控移动到一俯仰角。

10.根据权利要求9所述的光学仪器经纬仪托架，其特征在于：所述托架包含用于提供托架是朝内结构还是朝外结构的指示的内臂轴传感器，且控制器配置根据内臂轴传感器的指示自动决定托架是朝内结构还是朝外结构。

11.根据权利要求9所述的光学仪器经纬仪托架，其特征在于：所述控制器配置为根据用户通过用户界面或交流界面输入决定托架是朝内结构还是朝外结构。

12.根据权利要求3所述的光学仪器经纬仪托架，其特征在于：所述托架是包含用来控制俯仰支点和方位支点的控制器的go-to托架，其中控制器配置为保持一个代表俯仰支点相对于俯仰轴的角向的俯仰坐标alt，控制器配置为当托架是朝内结构时，用一个极性保持俯仰坐标，而当托架是朝外结构时，用相反的极性保持俯仰坐标。

13.根据权利要求12所述的光学仪器经纬仪托架，其特征在于：所述控制器配置为用相反极性保持俯仰坐标的方法包括使俯仰坐标变为负极坐标并且使俯仰支点朝一特定角向移动从而对俯仰坐标(alt)产生与当托架是朝内结构时相反的作用。

14.根据权利要求4所述的光学仪器经纬仪托架，其特征在于：所述控制器配置为利用内俯仰轴限制(alt_{min_in，}，alt_{max_in}|alt_{min_in，}＞0，alt_{max_in}＞0)和外俯仰轴限制(alt_{min_out，}，alt_{max_out}|alt_{min_out，}＞0，alt_{max_out}＞0)，内俯仰轴限制是当托架是朝内结构时俯仰支点的可控移动角范围被限定在一个俯仰角范围(alt)-alt_{min_in，}≤alt≤alt_max in，外俯仰角限制是当托架是朝外结构时俯仰支点的可控移动角范围被限定在一个俯仰角范围-alt_{min_out}≤alt≤alt_max out，其中alt_{min_out}＞alt_{max_in}且alt_max out＞alt_{max_in}。

15.一种光学仪器经纬仪托架的控制方法，其特征在于，该方法包括：

一个通过方位支点与一水平面相连的水平延展支臂，其中，方位支点使水平延展支臂能相对于水平面围绕垂直方位轴旋转；

一个通过内臂支点与水平延展支臂相连的垂直延展支臂，其中，内臂支点使垂直延展支臂能相对于水平延展支臂围绕水平内臂轴旋转；

和一个使托架与光学仪器相连的仪器耦合装置，此装置包括一个使光学仪器能相对于垂直延展支臂围绕水平俯仰轴旋转的俯仰支点。

其中，内臂支点使托架可以调节为朝内构造和朝外构造，朝内构造时光学仪器和方位轴在垂直支臂和内臂轴的同一侧，朝外构造时光学仪器和方位轴分别在垂直支臂和内臂轴的两侧；

当托架是朝内结构时对俯仰支点移动建立一个内俯仰轴限制(alt_{min_in，}，alt_{max_in}|alt_{min_in，}＞0，alt_{max_in}＞0)，这样当托架是朝内结构时俯仰角(alt)被限定为-alt_{min_in，}≤alt≤alt_max in；

当托架是朝外结构时对俯仰支点移动建立一个外俯仰轴限制(alt_{min_out，}，alt_{max_out}|alt_{min_out，}＞0，alt_{max_out}＞0)，这样当托架是朝内结构时俯仰角(alt)被限定为-alt_{min_out}≤alt≤alt_max out，；

然后决定托架是朝内结构还是朝外结构从而在内俯仰轴限制与外俯仰轴限制之间转换。

16.根据权利要求15所述的光学仪器经纬仪托架的控制方法，其特征在于，该方法中，决定托架是朝内结构还是朝外结构的方法包括由使用都输入托架是朝内还是朝外结构的指示来决定。

17.根据权利要求15所述的光学仪器经纬仪托架的控制方法，其特征在于，该方法中，决定托架是朝内结构还是朝外结构的方法是自动决定的。

18.根据权利要求17所述的光学仪器经纬仪托架的控制方法，其特征在于，该方法中，自动决定托架是朝内结构还是朝外结构包括侦测内臂轴传感器发出的信号。

19.一种光学仪器经纬仪托架，其特征在于，它包括：

一个通过方位支点与一水平面相连的水平延展支臂，其中，方位支点使水平延展支臂能相对于水平面围绕垂直方位轴旋转；

一个通过内臂支点与水平延展支臂相连的垂直延展支臂，其中，内臂支点使垂直延展支臂能相对于水平延展支臂围绕水平内臂轴旋转；

和一个使托架与光学仪器相连的仪器耦合装置，此装置包括一个使光学仪器能相对于垂直延展支臂围绕水平俯仰轴旋转的俯仰支点。

其中，内臂支点使托架可以调节为朝内构造和朝外构造，朝内构造时光学仪器和方位轴在垂直支臂和内臂轴的同一侧，朝外构造时光学仪器和方位轴分别在垂直支臂和内臂轴的两侧。且GO-TO托架包含一个用来控制俯仰支点和方位支点的控制器，其中控制器配置为利用内俯仰轴限制(alt_{min_in，}，alt_{max_in}|alt_{min_in，}＞0，alt_{max_in}＞0)和外俯仰轴限制(alt_{min_out，}，alt_{max_out}|alt_{min_out，}＞0，alt_{max_out}＞0)，内俯仰轴限制是当托架是朝内结构时俯仰支点的可控移动角范围被限定在一个俯仰角范围(alt)-alt_{min_in，}≤alt≤alt_max in，外俯仰角限制是当托架是朝外结构时俯仰支点的可控移动角范围被限定在一个俯仰角范围-alt_{min_out}≤alt≤alt_max out，其中alt_{min_out}＞alt_{max_in}且alt_max out＞alt_{max_in}。

20.一种光学仪器经纬仪托架的控制方法，其特征在于，该方法为：

假设支撑和控制光学仪器的经纬仪托架包括：一个通过方位支点与一水平面相连的水平延展支臂，其中，方位支点使水平延展支臂能相对于水平面围绕垂直方位轴旋转；一个通过内臂支点与水平延展支臂相连的垂直延展支臂，其中，内臂支点使垂直延展支臂能相对于水平延展支臂围绕水平内臂轴旋转；和一个使托架与光学仪器相连的仪器耦合装置，此装置包括一个使光学仪器能相对于垂直延展支臂围绕水平俯仰轴旋转的俯仰支点，其中，内臂支点使托架可以调节为朝内构造和朝外构造，朝内构造时光学仪器和方位轴在垂直支臂和内臂轴的同一侧，朝外构造时光学仪器和方位轴分别在垂直支臂和内臂轴的两侧，当托架是朝内结构时，用一个极性保持代表俯仰支点相对于俯仰轴的角向的俯仰坐标，而当托架是朝外结构时，用相反的极性保持俯仰坐标，并且决定托架是朝内结构还是朝外结构从而调整俯仰坐标alt。

21.根据权利要求20所述的光学仪器经纬仪托架的控制方法，其特征在于，该方法中，用相反极性保持俯仰坐标的方法包括使俯仰坐标变为负极坐标并且使俯仰支点朝一特定角向移动从而对俯仰坐标alt产生与当托架是朝内结构时相反的作用。

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